[发明专利]一种连续化生产超纯氨水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨水的生产方法，尤其涉及一种采用工业级液氨为原料连续化生产半导体用超纯氨水的方法。

背景技术

随着半导体行业技术的迅猛发展，对超净高纯试剂（Ultra-clean and High-purity Reagent）的纯度的要求和标准也在不断提高，作为半导体行业中重要的电子级化学试剂之一，超纯氨水在半导体和化合物半导体器件制造中得以广泛的应用，其生产制备也得到越来越多的关注。

由于氨水中存在着金属离子和固体颗粒等杂质，对于产品的制造和产率来讲影响是非常大的，甚至对于线宽较小的集成电路，几个金属离子或灰尘颗粒就足以报废整个电路。因此，通常要求超纯氨水的纯度达到国际半导体设备和材料组织制定的化学材料部分SEMI C17.1-0298标准（Grade4，G4标准）。

超纯氨水生产中的关键在于解决去除金属离子杂质和颗粒杂质的问题。目前，关于高纯氨水的生产方法报道较少，而且现有技术主要通过精馏的方法生产超纯氨水。如专利CN1704336A公开的氨纯化处理方法，通过硅胶吸附、分子筛吸附、碳化钙吸附脱氧剂吸附、然后进行精馏，制得高纯氨产品；专利CN1704335A公开的高纯氨深度脱水纯化方法，通过硅胶、分子筛进行三级吸附，然后采用精馏生产高纯度气体氨；US007001490B2还公开了一种连续重复精馏的方法。精馏法能耗大，步骤繁琐，而且精馏后的产品纯度低，很难达到现在半导体行业对试剂的纯度要求。

为了避免采用精馏，专利CN1907855A公开的高纯氨的合成方法中，直接采用氮气和氢气进行化学合成，然后再进行气体的简单分离，得到所需高纯氨。该方法克服了精馏法的不足，但是需要将所用原料氮气和氢气首先进行提纯，因此反而导致整个生产过程更加困难。

专利CN101173728A公开的一种超高纯氨水的生产工艺，以及专利CN201473330U公开的超高纯氨水的生产系统，均采用三级清洗塔进行清洗，制得高纯氨水，该方法虽然操作简单，能耗低，但是纯度有限。

CN1151861C公开了一种超纯化学品的生产方法，采用溶剂吸收、解吸收和再吸收的方法生产氨水，虽然不需要精馏，但是频繁的使用高温高压生产条件，并不利于生产，而且纯度不高，浪费严重。

专利US006065306A则采用的是膜渗透、吸附、冷凝和气化的方法生产超纯氨气。工艺过程漫长，纯化设备投资巨大。

发明内容

本发明提供了一种连续化生产超纯氨水的方法，采用工业级液氨为原料，经过两次加热蒸发、清洗和过滤后，即可制得符合G4标准的超纯氨水。解决了传统超纯氨水生产过程中能耗大、步骤多、成本高、产品纯度低和产品质量不稳定的问题。

本发明连续化生产超纯氨水的方法，包括以下步骤：

步骤1，将99%纯度的工业级液氨输送至加热塔进行加热蒸发，冷却后再进行第二次加热蒸发，然后冷却；

步骤2，将第二次冷却后的氨气输送至装有超纯水的清洗塔，氨气溶于水中水达到饱和后继续输送氨气，通过超纯水进行清洗后，氨气从清洗塔超纯水中释放出来；

步骤3，用超纯水吸收清洗塔中释放出的氨气得到氨水；

步骤4，用微孔膜将步骤3中所得氨水进行过滤，收集滤液得到超纯氨水。

所述步骤1中，第二次加热蒸发的温度高于第一次加热蒸发的温度，两次加热蒸发温度分别为30~40℃和40~50℃。

所述步骤1中，优选为在常温、0.1~0.5MPa条件下将所述工业级液氨输送至加热塔。

所述步骤2中，所用超纯水的体积优选为占所述清洗塔总容积的1/3~1/5。

所述步骤4中，所述过滤优选为用0.1~0.2μm孔径的微孔膜，在0.7~1.0MPa过滤压力下进行过滤。而且所用过滤装置为径高比1：2~1：3的过滤器。

其中，所述的微孔膜可以选择全氟高分子材料（即与碳相连的氢原子全部被氟原子取代的高分子材料）制备，如聚四氟乙烯（PTFE），氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）、四氟乙烯/全氟烷氧基乙烯基醚共聚物等等（PFA）。

在生产过程中，与氨气，超纯水，氨水接触的容器、管道内壁均采用含氟材料涂覆进行保护，如PTFE、FEP、PFA、ETFE（乙烯/四氟乙烯共聚物）、PVDF（聚偏二氟乙烯）、PEVE（氟烯烃/乙烯基醚共聚物）、以及其它氟树脂涂料。